(57)【要約】【課題】輻射型発熱体のように温度変化速度の速い対象に対しても、速やかに応答し電気接点を開または閉動作できるサーモスタットを提供する。【解決手段】少なくとも一部が直接的に輻射光を受光するバイメタル２８と、そのバイメタル２８の熱変形により開または閉する電気接点２３・２４と、その電気接点２３、２４と導通する端子２６、２７とを備えることにより、輻射光をサーモスタット２０のバイメタル２８が直接受光して加熱されるため、バイメタル２８の温度変化が速く、速やかに電気接点２３、２４を開または閉動作するサーモスタットを得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部が直接的に輻射光を受光するバイメタルと、前記バイメタルの熱変形により開または閉する電気接点と、前記電気接点と導通する端子とを備えた輻射型サーモスタット。
【請求項２】
ケースと、前記ケース内に固定した固定片と、前記固定片に設けた固定接点と、前記ケース内の可動板に前記固定接点と対向して設けた可動接点と、前記固定片と前記可動板と個々に電気的に導通する前記ケース外に設けた少なくとも一対の端子と、前記ケース内に設けた輻射光を受光するバイメタルと、前記バイメタルの熱変形により前記可動板を動作させ前記電気接点を開または閉する作動伝達部材とを備えた輻射型サーモスタット。
【請求項３】
バイメタル表面に輻射光吸収材を備えた請求項１または請求項２に記載の輻射型サーモスタット。
【請求項４】
輻射光吸収材は、耐熱性の黒色塗料で形成した請求項３に記載の輻射型サーモスタット。
【請求項５】
バイメタルが輻射光を受光するように光を通すキャップを備えた請求項１〜４のいずれか１項記載の輻射型サーモスタット。
【請求項６】
キャップはバイメタルが輻射光を受光するように光を通す開口孔を設けた請求項５に記載の輻射型サーモスタット。
【請求項７】
キャップはバイメタルが輻射光を受光するように光を通す透明ガラスで形成した請求項５に記載の輻射型サーモスタット。
【請求項８】
ケース内の電気接点や可動板など導電部にケースの外から水が浸入しないよう少なくともキャップと他部材との接触部分を接着またはパッキンシールした請求項７に記載の輻射型サーモスタット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイメタル式のサーモスタットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種のサーモスタットは、図５に示すようにケース１の内部に設けた固定板２に電気接点３を有し、その電気接点３と対向して電気接点４が可動板５に設けてあり、固定板２はケース１の外側に固定して取り付けられている端子６と導通しており、また可動板５はケース１の外側に固定して取り付けられている端子７と導通している。また、熱膨張率の異なる金属をはり合わせ球面状に成形したバイメタル８がリテーナ９と金属キャップ１０との間に置いた構成で、バイメタル８が温度変化によって図６のように反転動作し、それに伴なってピン１１がバイメタル８の変形を可動板５に伝達し、電気接点３、４が開または閉動作するように作用する。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、図５および図６の構成では、まずサーモスタット１２の周辺の温度が金属製のキャップ１０に伝達され、その金属製のキャップ１０とバイメタル８間は僅かな間隙ｄが形成されているため、バイメタル８への熱伝達はキャップ１０からの輻射と空気を介した熱伝導となるために、バイメタル８の温度上昇に時間がかかり、サーモスタットは周囲温度の変化速度が速い場合は、サーモスタットの応答が遅れるという課題があった。
【０００４】
上記従来のサーモスタット１２の課題について理解しやすくするために、ランプヒーター（輻射型発熱体）３９を用いて便座３３を暖房する暖房便座を例に説明すると、図７のように内部に空洞部３７を形成し、便器上に載せて使用する輪状の便座３３の着座部３４をアルミニウムで構成し、空洞部３７に便座３３の輪状の全体に沿って設けたランプヒーター３９からの輻射熱を着座部３４にすばやく伝えて使用者が着座する面である採暖面をすばやく昇温させ、一方、ランプヒーター３９に直列に接続したサーモスタット１２により便座３３の温度過昇を防止しようとした場合、通常の暖房器具で使用した電気ヒーターでは殆ど問題にならないサーモスタットの応答遅れでも、お尻を直接に乗せ、かつ瞬間的に温度上昇していくランプヒーター３９を使用する暖房便座のような場合では、サーモスタットの応答遅れで適温を越えて熱くなり使用者に不快感を与え、更には安全性を確保できなくなる事態も考えられる。
【特許文献１】実開平６−１７０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記従来の技術の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、輻射型発熱体のように温度変化速度の速い対象に対しても、速やかに応答し電気接点を開または閉動作できるサーモスタットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために本発明は、少なくとも一部が直接的に輻射光を受光するバイメタルと、前記バイメタルの熱変形により開または閉する電気接点と、前記電気接点と導通する端子とを備えた輻射型サーモスタットである。
【０００７】
この構成によって、たとえば輻射型発熱体などの輻射光をサーモスタットのバイメタルが直接受光して加熱されるため、バイメタルの温度変化が速く、速やかに電気接点を開または閉動作するサーモスタットを提供できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のサーモスタットは、輻射光をサーモスタットのバイメタルが直接受光して加熱されるため、バイメタルの温度変化が速く、速やかに電気接点を開または閉動作できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、少なくとも一部が直接的に輻射光を受光するバイメタルと、前記バイメタルの熱変形により開または閉する電気接点と、前記電気接点と導通する端子とを備えた輻射型サーモスタットである。
【００１０】
第２の発明は、ケースと、前記ケース内に固定した固定片と、前記固定片に設けた固定接点と、前記ケース内の可動板に前記固定接点と対向して設けた可動接点と、前記固定片と前記可動板と個々に電気的に導通する前記ケース外に設けた少なくとも一対の端子と、前記ケース内に設けた輻射光を受光するバイメタルと、前記バイメタルの熱変形により前記可動板を動作させ前記電気接点を開または閉する作動伝達部材とを備えた輻射型サーモスタットである。
【００１１】
第１の発明または第２の発明の形態により、サーモスタットのバイメタルが輻射光を直接受光して加熱されるため、バイメタルの温度変化が速く、速やかに電気接点を開または閉動作できる応答の速いサーモスタットが得られる。
【００１２】
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、バイメタル表面に輻射光吸収材を備えたもので、このバイメタル表面の輻射光吸収材で輻射光を効率よく吸収して、より速くバイメタルが加熱され、より応答の速いサーモスタットにできる。
【００１３】
第４の発明は、第３の発明において、輻射光吸収材は、耐熱性の黒色塗料で形成したもので、バイメタルの輻射光吸収効率および防食性を高め、長期間安定してサーモスタットの高速応答性を得ることができる。
【００１４】
第５の発明は、第１〜第４の発明のいずれか１つの発明において、バイメタルが輻射光を受光するように光を通すキャップを備えたもので、バイメタルを保護しつつ応答の速いサーモスタットにすることができる。
【００１５】
第６の発明は、第５の発明において、キャップはバイメタルが輻射光を受光するように光を通す開口孔を設けたもので、開口孔の大きさや個数および配置により適度な応答性のサーモスタットにすることができる。
【００１６】
第７の発明は、第５の発明において、キャップはバイメタルが輻射光を受光するように光を通す透明ガラスで形成したもので、防塵と高速応答の効果を合わせもつサーモスタットが得られる。
【００１７】
第８の発明は、第７の発明においてケース内の電気接点や可動板など導電部にケースの外から水が浸入しないよう少なくともキャップと他部材との接触部分を接着またはパッキンシールしたもので、防滴あるいは防水でかつ高速応答のサーモスタットにすることができる。
【００１８】
本発明の目的は、第１の発明から第８の発明を実施の形態の要部とすることにより達成できるので、各請求項に対応する実施の形態の詳細を、以下に図面を参照しながら説明し、本発明を実施するための最良の形態の説明とする。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、本実施の形態の説明において、同一構成並びに作用効果を奏するところには同一符号を付して重複した説明を行わないものとする。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるサーモスタットの電気接点が閉の状態を示す構成断面図で、図２は同サーモスタットの電気接点が開の状態の断面図である。
【００２０】
図１および図２において、サーモスタット２０は樹脂のケース２１の内部に電気接点２３を接合した導電性金属の固定片２２を設け、その電気接点２３と対向して電気接点２４がベリリウム銅の板バネである可動板２５に設けてあり、固定片２２はケース２１の外側に固定して取り付けられている端子２６と導通しており、また可動板２５はケース２１の外側に固定して取り付けられている端子２７と導通している。また、熱膨張率の異なる金属をはり合わせ球面状に成形したバイメタル２８が樹脂のリテーナ２９と透明ガラスのキャップ３０との間に反転自在に装着し、リテーナ２９の中央にピン３１が摺動自在に設けた構成である。また、バイメタル２８の表面に輻射光吸収材５２として耐熱性の黒色塗料を塗布している。
【００２１】
上記構成の図１において、サーモスタット２０は、輻射光が透明ガラスのキャップ３０を透過して、直接的にバイメタル２８の表面に作用する。バイメタル２８の表面には輻射光吸収材５２として黒色の塗装が施してあり、バイメタル２８の表面に到達した輻射光を効率よく受光吸収する。そしてバイメタル２８が反転作動温度に達すると図２のように、バイメタル２８が反転し、同時に作動伝達部材であるリテーナ２９に挿入されているピン３１がバイメタル２８に押し込まれてスライドし、可動板である板バネ２５を押し下げるように作用する。このとき固定接点２３に当接していた可動接点２４が離れ、いわゆる電気接点「開」の状態となる。すなわち、図１は端子２６と端子２７とが導通した状態であり、図２は端子２６と端子２７とが切断した状態である。
【００２２】
より理解しやすくするために、上記のサーモスタット２０の使用例として前記した図７の暖房便座を例に説明する。図７は暖房便座の便座の要部を断面した概略構成図で、トイレ装置を使用する使用者が腰掛ける便座３３の着座部３４に対向して、アルミ板を鏡面仕上げした輻射光反射板３８（反射体）と、着座部３４の輻射型発熱体であるランプヒーター３９とが設けられている。輻射光反射板３８は、図７に示すように、その内外端部の全周に上方への折り曲げ部３８ａを有しており、その折り曲げ部３８ａによりランプヒーター３９からの輻射光が偏向されるので、ランプヒーター３９から離れている着座部３４の外周縁部および内周縁部の輻射密度を上げるように作用し、着座部３４への輻射熱分布の均一化を図っている。このランプヒーター３９の近傍には、ランプヒーター３９と電気的に直列接続されたサーモスタット２０が設けられ、万一の不安全事態に対して便座３３の着座部３４の温度過昇を防止するよう作用する。ランプヒーター３９は、使用者がトイレ室に入室し、衣服を下ろし、お尻を便座３３の着座部３４に着座するまでの例えば、数秒間である瞬間的に便座３３の着座部３４を適温まで高速に昇温させることができる輻射型発熱体である。また便座３３を構成する下枠体３６には、その内面に輻射光反射板３８が取り付けられ、その輻射光反射板３８にランプヒーター３９およびランプヒーター３９と直列接続したサーモスタット２０が取り付けられている。また、下枠体３６の上部にはアルミ製の着座部３４が取り付けられ、そのアルミの着座部３４の温度を検知するために着座部３４の内側表面に便座温度検知手段であるサーミスタ４４が取り付けられている。本体２１には、室温検知手段としての室温サーミスタ４８の検知信号を取り込んでランプヒーター３９の温度制御を行い、かつ便座３３のランプヒーター３９に通電することにより昇温を開始した時点からの経過時間をカウントするタイマー部４９を有するマイクロコンピュータを主体とする制御部５０が設けられている。そして、制御部５０は人の入室を検知する人体検知センサー３５や着座検知手段４８と便座位置検知手段４７の信号を取り込んでランプヒーター３９への通電の開始と停止の制御と、サーミスタ４４、室温サーミスタ４８からの信号を取り込んで採暖面である着座部３４の温度が適温である所定の温度に
なるようランプヒーター３９の温度制御が行えるようになっている。このように、使用者が便座を使用する直前にランプヒーター３９への通電して即座に快適温度に昇温し暖房する暖房便座は、従来のコードヒータで常時保温していた暖房便座と比較して年間消費電力を１／３以下にでき、極めての省エネ節電の暖房便座を実現することができる。
【００２３】
上記の便座温度は、便座３３に設けたサーミスタ４４からの信号を基に、マイクロコンピュータ（図示せず）を主体とする制御部５０で適温にコントロールされるが、安全に快適に使用できるが、万一何らかの原因でマイクロコンピュータ（図示せず）等、制御部５０に不具合が生じ、ランプヒーター３９への通電が継続して行われた場合などにも安全に動作することが必要である。そのために安全装置として、高速に応答できる上記した本発明の輻射型のサーモスタット２０で、万一の場合にランプヒーター３９への通電を遮断して安全を確保するものである。もし仮に図５、図６で示したような従来のサーモスタット１２を使用した場合は、バイメタル８が金属のキャップ１０に内包され光を遮断されるため、まずキャップ１０が加熱され後、バイメタル８の加熱はキャップ１０からの輻射によって行われるため、バイメタル８が所定の温度に達するまで時間を要するので、短時間で便座３３の温度が変化するような場合には電気接点３・４の遮断遅れが生じ、安全を確保することが困難であった。
【００２４】
然るに本実施の形態のサーモスタット２０はそれを解決するために、バイメタル２８がランプヒーター３９の輻射光を受光するようにキャップ３０は透明ガラスにして、バイメタル２８の表面に輻射光吸収材３２として耐熱性の黒色塗料を塗布している。したがって、バイメタル２８がランプヒーター３９の輻射光を直接受光するので、ランプヒーター３９からの輻射光で直接的に、バイメタル２８が加熱されるのに加えて、バイメタル２８表面に輻射光吸収材３２として耐熱性の黒色塗料を施しているので、ランプヒーター３９からバイメタル５１へ到達する輻射熱の殆どがバイメタル５１に吸収され便座３３の温度の急激な変動にも迅速に追従し、サーモスタット２０はランプヒーター３９と直列に電気接続されているので、温度過昇の際にはランプヒーター３９の通電を遮断することができる。なお、キャップ３０の透明ガラスは、光の透過性の優れた石英ガラスを用いることでランプヒーター３９が発する輻射光を透過して、バイメタルが受光するのでより高速応答にすることができ、遮断安全性を高めることができる。もちろん、必要の度合いによりその他一般のガラスでも実用になることはいうまでもない。また、透明ガラス３０の板厚は厚くしすぎると透過性能が低下することから板厚１．５ｍｍ以下がよく好ましくは１ｍｍ以下が望ましい。
【００２５】
なお、サーモスタット２０はバイメタル２８がランプヒーター３９の輻射光を受光するように透明ガラスのキャップ３０を設け、他の部材との接触部をシールしたことにより、サーモスタット２０の内部に水滴やほこりが侵入しない防滴あるいは防水タイプにすることができ、万が一、便座３３の空洞部３７が浸水した場合でもサーモスタット２０の電気接点２３・２４など導電部への浸水を防止でき、電気絶縁を維持できるため感電を防止することができる。ただし、この場合は端子２６・２７もシール材などで防水絶縁しておくか、端子２６・２７の代わりに絶縁被覆したリード線をケース２１に貫通して取り出し、その貫通部をシール材で防水した構成とする。ちなみに、図１、図２の黒丸部分が接着またはパッキンによるシールを示す。接着剤はエポキシ樹脂系のものやシリコーン樹脂系のものが好ましい。
【００２６】
以上のように、少なくとも一部が直接的に輻射光を受光するバイメタル２８と、そのバイメタル２８の熱変形により開または閉する電気接点２３・２４と、その電気接点２３・２４と導通する端子27・２８とを備えた構成により、たとえば輻射型発熱体などの輻射光をサーモスタット２０のバイメタル２８が直接受光して加熱されるため、バイメタル２８の温度変化が速く、速やかに電気接点２３・２４を開または閉動作するサーモスタットを
提供できる。
【００２７】
また、バイメタル２８の表面に輻射光吸収材３２を備えたことにより、このバイメタル２８の表面の輻射光吸収材３２により輻射光を効率よく吸収して、より速くバイメタル２８が加熱され、より応答の速いサーモスタットにできる。
【００２８】
また、輻射光吸収材３２は、耐熱性の黒色塗料で形成したことにより、バイメタル２８の輻射光吸収効率および防食性を高め、長期間安定してサーモスタットの高速応答性を得ることができる。
【００２９】
また、キャップ３０はバイメタル２８が輻射光を受光するように光を通す透明ガラスで形成したことにより、防塵と高速応答の効果を合わせもつサーモスタットを得ることができる。
【００３０】
また、ケース２１内の電気接点２３・２４や可動板２５など導電部にケースの外から水が浸入しないよう少なくともガラスのキャップ３０を接着またはパッキンシールすることによって、防滴あるいは防水でかつ高速応答のサーモスタットにすることができる。
【００３１】
上記実施の形態において、サーモスタット２０はケース２１の形状が円柱状のもので説明したが、ケースの形状は円柱状に限定されるものではない。さらに可動板２５や接点２４および端子２６・２７、作動伝達部材であるリテーナ２９やピン３１などについても、図１や図２の形状や形式に限定されるものではない。また、バイメタル２８の形状については、円盤球面状のディスクタイプとしたが、正方形や五角形などの多角形にすることで、バイメタルの熱容量を削減できることと、バイメタルの外周端がリテーナ２９と接触する部分とを削減できることにより、さらに高速に応答するサーモスタットにできる効果を得ることができる。
【００３２】
（実施の形態２）
図３、図４は、本発明の実施の形態２におけるサーモスタット２０ｂの断面図である。本実施の形態は、実施の形態１の発明と基本的な構成は同じで、異なるのは透明ガラスのキャップ３０の代わりに光を通す開口孔６０を設けたキャップ３０ｂとしたものである。
【００３３】
図３、図４において、樹脂のケース２１の内部に電気接点２３を接合した導電性金属の固定片２２を設け、その電気接点２３と対向して電気接点２４がベリリウム銅の板バネである可動板２５に設けてあり、固定片２２はケース２１の外側に固定して取り付けられている端子２６と導通しており、また可動板２５はケース２１の外側に固定して取り付けられている端子２７と導通している。また、熱膨張率の異なる金属をはり合わせ球面状に成形したバイメタル２８が樹脂のリテーナ２９と光を通す開口孔６０を設けたキャップ３０ｂとの間に反転自在に装着し、リテーナ２９の中央にピン３１が摺動自在に設けた構成である。また、バイメタル２８の表面に輻射光吸収材５２として耐熱性の黒色塗料を塗布している。
【００３４】
上記構成の図３において、サーモスタット２０ｂは、輻射光がキャップ３０ｂの開口孔６０を透過して、直接的にバイメタル２８の表面に作用する。バイメタル２８の表面には輻射光吸収材５２として黒色の塗装が施してあり、バイメタル２８の表面に到達した輻射光を効率よく受光吸収する。そしてバイメタル２８が反転作動温度に達すると図４のように、バイメタル２８が反転し、同時に作動伝達部材であるリテーナ２９に挿入されているピン３１がバイメタル２８に押し込まれてスライドし、可動板である板バネ２５を押し下げるように作用する。このとき固定接点２３に当接していた可動接点２４が離れ、いわゆる電気接点「開」の状態となる。すなわち、図１は端子２６と端子２７とが導通した状態
であり、図２は端子２６と端子２７とが切断した状態である。
【００３５】
より理解しやすくするために、上記のサーモスタット２０ｂの使用例として実施の形態１で説明した暖房便座の一部分を拡大断面図にした図８を例に用いて説明する。図８は暖房便座の便座の要部を断面した部分構成図で、トイレ装置を使用する使用者が腰掛ける便座３３の着座部３４に対向して、アルミ板を鏡面仕上げした輻射光反射板３８（反射体）と、着座部３４の輻射型発熱体であるランプヒーター３９とが設けられている。このランプヒーター３９の近傍には、ランプヒーター３９と電気的に直列接続されたサーモスタット２０ｂが設けられ、万一の不安全事態に対して便座３３の着座部３４の温度過昇を防止するよう作用する。ランプヒーター３９は、使用者がトイレ室に入室し、衣服を下ろし、お尻を便座３３の着座部３４に着座するまでの例えば、数秒間である瞬間的に便座３３の着座部３４を適温まで高速に昇温させることができる輻射型発熱体である。
【００３６】
サーモスタット２０ｂは光を通す開口孔６０を設けたキャップ３０ｂによってバイメタル２８を露出し、バイメタル２８の表面に輻射熱吸収材３２として耐熱性の黒色塗料を塗布している。従って、バイメタル２８がランプヒーター３９の輻射光を直接受光するので、ランプヒーター３９からの輻射光で直接、バイメタル２８が加熱されるのに加えて、バイメタル２８表面に輻射熱吸収材３２として耐熱性の黒色塗料を施しているので、ランプヒーター３９からバイメタル２８へ到達する輻射熱の殆どがバイメタル２８に吸収され便座３３の温度の急激な変動にも迅速に追従し、サーモスタット２０ｂはランプヒーター３９と直列に電気接続されているので、温度過昇の際にはランプヒーター２９の通電を遮断することができる。以上のことにより、本実施の形態のサーモスタット２０ｂを用いることによって、実施の形態１で説明したのと同様に、少ない電力でさらに速く瞬間的に着座部３４を昇温することができる省エネの瞬間暖房便座を可能にすることができる。
【００３７】
なお、サーモスタット２０ｂは光を通す開口孔６０は、図３、図４のように大きい開口孔を１個設けたものに限らず、小さい開口孔を複数個設けてもよい。開口孔の大きさや個数および配置により適度な応答性のサーモスタットにすることができる。
【００３８】
また、上記の各実施の形態のサーモスタットは、バイメタルが自動で復帰する復帰型、ｍた、一度作動すると温度では復帰しない非復帰型について特に限定することなく、どちらにも有用である。もちろん強制的に手動操作により復帰させる手動復帰型にも有用である。また、サーモスタットの分類の中に通称プロテクターと呼ばれ、温度ヒューズと同様に保安器と使用されるものがあるが、本発明は当然そのプロテクターを含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明のサーモスタットは、輻射型発熱体からの輻射光でサーモスタットのバイメタルが加熱され温度変化を速やかに検知でき、熱的に安全・快適性に使用し得る装置が得られ、広く家庭用、事務用および工業用の機器・装置に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態１におけるサーモスタットの断面図
【図２】同実施の形態１におけるサーモスタットの断面図
【図３】同実施の形態２におけるサーモスタットの断面図
【図４】同実施の形態２におけるサーモスタットの断面図
【図５】従来のサーモスタットの断面図
【図６】従来のサーモスタットの断面図
【図７】サーモスタット応用説明のための暖房便座の概略構成図
【図８】サーモスタット応用説明のための暖房便座の要部断面図
【符号の説明】
【００４１】
２１  ケース
２２  固定片（固定板）
２３  固定接点（電気接点）
２４  可動接点（電気接点）
２５  可動板（板バネ）
２６  端子
２７  端子
２８  バイメタル
２９  リテーナ
３０  キャップ（透明ガラス）
３１  ピン（作動伝達部材）
３２  輻射光吸収材
３０ｂ  キャップ
６０  開口孔
【図７】
2007066695.tif 000003
【図８】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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